DE3444936C2

DE3444936C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials

Info

Publication number: DE3444936C2
Application number: DE19843444936
Authority: DE
Inventors: Wolfgang DDR 9595 Zwickau Barthel; Lothar DDR 9023 Karl-Marx-Stadt Hübel; Reinhart DDR 9560 Zwickau Kunz; Ralf Dr. DDR 9071 Karl-Marx-Stadt Weller
Original assignee: VEB KOMBINAT TEXTIMA DDR 9040 KARL-MARX-STADT DD; Veb Kombinat Textima Ddr 9040 Karl Marx Stadt
Current assignee: Chemnitzer Spinnereimaschinenbau 09120 Chemn GmbH
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-12-08
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE3444936A1; CH666225A5; GB2153258B; JPS6250499B2; DD238510A3; GB8432149D0; GB2153258A; JPS60231732A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials aus einem vorzugsweise pulver- oder körnchenförmigem Gemisch von Polytetrafluoräthylen, Blei und Kunstharz, insbesondere Phenolharz, das auf eine vorbehandelte metallische Unterlage mit einer porösen Haftvermittlungsschicht aufgetragen und unter Anwendung von wechselnden Drücken und Temperaturen zum Anhaften gebracht und verfestigt ist, derart, daß sich im Endzustand über die Haftvermittlungsschicht eine Gleitmaterialaufschichtung von wenigstens 0,2 mm ergibt. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vereinfachung des technologischen Ablaufes ein Gleitlagermaterial mit besonders guten Lagereigenschaften ausschließlich bei wartungsfreiem Betrieb zu erreichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß a) zunächst auf die mit der Unterlage verbundene Haftvermittlungsschicht eine trockene Aufschichtung einer Mischung Gleitwerkstoffes aus 37 Gewichtsprozent kristallinem Polytetrafluoräthylen, 50 Gewichtsprozent Bleipulver und 13 Gewichtsprozent Phenolharz in einer geeigneten Einrichtung vorgenommen wird, sodann eine b) Wärmebehandlung der beschichteten Unterlage zur Vorkondensation des Phenolharzes bei etwa 85°C über 60 min erfolgt, danach c) die Aufschichtung mit der Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von etwa 90°C und einem Druck von 20 bis 40 MPa verpreßt wird, sodann zur Aushärtung des Phenolharzes eine d) drucklose Wärmebehandlung bei einer Temperatur von

Description

a) eine Wärmebehandlung der beschichteten Unterlage zur Vorkondensation des Phenolharzes bei etwa 85° C über 60 Minuten erfolgt, danach

b) die Aufschichtung mit der Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von etwa 90° C und einem Druck von 20 bis 40 MPa verpreßt wird, sodann zur Aushärtung des Phenolharzes eine

c) drucklose Wärmebehandlung bei einer Temperatür'von etwa 145° C über 25 Minuten erfolgt und anschließend

d) bei einer Temperatur von 90° C und einem Druck von etwa 20 bis 40 MPa die Aufschichtung gegen die Unterlage nachverdichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Gleitwerkstoffmischung die Teilchengröße bei Polytetrafluoräthylen unter 600 μίτι, bei Bleipulver unter 80 μΐη und bei Phenolharz unter 100 μπι beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verpressen nach Arbeitsschritt b) und die Nachverdichtung nach Arbeitsschritt d) bei einer zeitlichen Druckeinwirkung von etwa 25 Sekunden erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß alternativ zur trockenen Aufschichtung des Gleitwerkstoffes durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel und Zugabe der anderen Bestandteile in pastöser Form auf die Haftvermittlungsschicht aufgerakelt ist und vor der Vorkondensation bis zur Trocknung des Lösemittels abdunstet.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlager-Materials nach dem Oberbe-

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Verbundgleitlager als Maschinenelemente zur Kraftübertragung von bewegten auf ruhende Maschinenteile sind in der Technik seit vielen Jahren bekannt. Sie bestehen aus mindestens zwei Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften: einem Stützkörper oder einer Unterlage, die den Lagerwerkstoff aufnimmt und hauptsächlich die Kraftaufnahme gewährleistet, und einer Lagerwerkstoffschicht, welche die Relativbewegung des bewegten zum ruhenden Lagerbestandteil ohne Störung in allen Betriebszuständen sichert Je nach der Lagerbeanspruchung, gegeben durch die Größe der aufzunehmenden Kräfte, der Gleitgeschwindigkeit und baulicher Besonderheiten sind in Verbundgleitlagern verschiedene metallische und auch nichtmetallische Gleitwerkstoffe bisher verwendet worden.

Zu den bekanntesten metallischen gehören z. B. Bleibronzen, Zinn, Kadmium u. a, während als nichtmetallische Graphite und insbesondere Kunststoffe in Form von Phenolharz oder Polyfluorolefine bekannt wurden. Um die Vorteile der verschiedensten Lagerwerkstoffe ausnutzen zu können, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, werden hochbelastete Gleitlager im allgemeinen mehrschichtig aufgebaut, wobei sich für wartungsfrei arbeitende Gleitlager die Beteiligung von Polytetrafluoräthylen als besonders zweckmäßig erweist Solche Gleitlager und deren Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der DE-AS 10 65 182, GB 10 25 036 oder US 26 91 814 bekannt Hiernach ist auf einem metallischen Tragkörper nach entsprechender Vorbehandlung eine poröse Bronzepulverschicht aufgesintert. Auf dieses Sintergerüst ist kristallines Polytetrafluoräthylen allein oder in Verbindung mit metallischem Blei aufgebracht, wobei diese Beschichtung unter Temperaturanwendung in die poröse Sinterbronzeschicht eingedrückt ist. Um die Polytetrafluoräthylen-Partikel einerseits mit dem Sintergerüst zu binden und andererseits die mechanischen Eigenschaften des PTFE selbst günstiger zu gestalten, ist eine Temperaturbehandlung oberhalb des Kristallschmelzpunktes von 327°, vorzugsweise bei 350—400° C, ein als notwendig erachteter Verfahrensschritt.

Diese bekannten Gleitlager (DU-Lager) arbeiten wartungsfrei, jedoch ist ihre Herstellung schwierig und aufwendig. Neben der Ansinterung des Bronzepulvers ist es besonders energetisch nachteilig, daß der komplette Gleitlagerkörper zur Umkristallisation des Polytetrafluoräthylen über eine gewisse Zeit einer Temperatur über 327° C ausgesetzt und danach zur Erhaltung des amorphen Zustandes abgeschreckt werden muß.

Schließlich ist es von Nachteil, daß die Dicke der über der Sinterbronze liegenden Schicht im allgemeinen weniger als 50 μιη beträgt und diese dünne Schicht im praktischen Einsatz als Gleitlagermaterial vergleichsweise rasch abgetragen ist, so daß die Last mindestens teilweise auf dem Sintergerüst aufsitzt, was jedoch den Reibwert beträchtlich erhöht. Außerdem ist es bei Laufschichten der angegebenen Dicke praktisch überhaupt nicht möglich, eine spanende Bearbeitung durchzuführen, was jedoch für mancherlei Anwendungsfälle als nachteilig anzusehen ist.

In der DD-PS 61 393 ist ein Verfahren zur Herstellung von Lagermaterial offenbart, das die Nachteile des vorbeschriebenen Gleitlagers weitgehend beseitigt. Hierbei wird auf eine metallische Unterlage, welche vorbehandelt wurde, ein kunstharzlösendes Bindemittel auf Butylacetatbasis aufgetragen und darüber ein pulver- oder körnchenförmiges Gemisch aus Polytetraflu r\rQth\Ar*r* Rl**i nnH PhiannlhorT im Qmi/ifVitct/iarhaltnie 30 :57 :13 aufgebracht und bei wechselnden Drücken und Temperaturen verfestigt.

Obwohl dieses Verfahren ohne ein Sintergerüst auskommt und somit die hohen Temperaturen für den Sinterprozeß vermeidet und infolge einer stärkeren Laufschicht auch eine spanende Nachbearbeitung erfolgen kann, ist dennoch eine Erwärmung des Lagermaterials auf über 327° erforderlich, um das in dem Gemisch ent-

haltene kristalline Polytetrafluorethylen in einem amorphen Zustand zu überführen, sowie diesen Zustand durch Abschreckmaßnahmen zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vereinfachung des technologischen Ablaufes ein Gleitlagermaterial mit besonders guten Lagereigenschaften ausschließlich bei wartungsfreiem Betrieb zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

In einer weiteren Ausgestaltung beträgt die Teilchengröße in der Gleitwerkstoffmischung bei Polytetrafluoräthylen unter 600 μπι, bei Bleipulver unter 80 μπι und bei Phenolharz unter 100 μπι, wodurch der Vorteil eintritt, daß eine gute Bindung der metallischen und der nichtmetallischen Bestandteile in der Gleitwerkstoffniischung erreicht wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Verpressen nach Arbeitsschritt b) und die Nachverdichtung nach Arbeitsschritt d) bei einer zeitlichen Druckeinwirkung von etwa 25 Sekunden. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß alternativ zur trockenen Aufschichtung des Gleitwerkstoffes durch Lösen des Phenolharzes in einem geeigneten Mittel und Zugabe der anderen Bestandteile in pastöser Form auf die Haftvermittlungsschicht aufgerakelt ist und vor der nachfolgenden Vorkondensation bis zur Trockn .ig des Lösemittels abdunstet, wodurch der Vorteil erzielt wird, daß bei der Verarbeitung der Staub gebunden und eine Feinauflösung des Phenolharzes erreicht wird.

Durch die Erfindung werden die bekannten guten Laufeigenschaften von wartungsfreien Gleitlagern mit Polytetrafluorethylen und metallischen Zusätzen im vollen Umfang erhalten. Es können aber durch Anwendung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung die bisher angewendete Wärmenachbehandlung und Abschreckung der Gleitlagerkörper entfallen. Die Erfindung bietet den überraschenden Vorteil, daß der Wegfall der üblicherweise als notwendig angesehenen Wärmebehandlung des Polytetrafluorethylen über den Kristallisationsschmelzpunkt hinaus zur Umwandlung des Gefüges von kristallin in amorph sich als so positiv erweist, daß in Verbindung mit den angegebenen Verfahrensschritten bei Beteiligung von Phenolharz eine höhere Laufleistung erreicht wird und daß die Bindung der Laufschicht auf der Unterlage trotz der ausbleibenden hohen Temperaturbehandlung außerordentlich gut ist. Eine sogenannte reversible Umformung des Polytetrafluorethylen führt zwar zu einer mechanischen Verfestigung desselben, die für Gleitlagerwerkstoffe anderer Herstellungsart mit hoher Polytetrafluoräthylen-Beteiligung notwendig ist und auch angewendet wird, bei der beschriebenen Verfahrensweise der Herstellung von Verbundgleitlagermaterial kann jedoch mit Vorteil hierauf verzichtet werden. Unter wartungsfreien Bedingungen kann dennoch ohne Einschränkung eine wesentlich höhere Lebensdauer erzielt werden, wobei die homogene Zusammensetzung der Laufschicht in voller Dicke als Trockenschmierstofr wirkt. Der höhere Gebrauchswert des nach der Erfindung hergestellten Verbund^aeitiu^ermTiutsriiils resultiert "¹^ ^ot*one Antx a\& geringe thermische Belastung im Herstellungsprozeß eine thermische Schädigung des Phenolharzes gänzlich ausschließt. Ein weiterer Vorteil bei der Verfahrensdurchführung nach der Erfindung ist gleichfalls die drucklose thermische Aushärtung des Phenolharzanteiles in der Gleitlagermischung, die für die Verarbeitung von Phenolharzen der verwendeten Art nicht üblich ist, in Verbindung mit den anderen Verfahrensschritten hierbei aber die besonderen Vorteile bringt

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

s Beispiel

Ein 1,5 mm dickes Stahlblech wird in einer Beize entfettet und danach die Oberfläche einseitig durch Anschleifen aufgerauht Auf diese vorbehandelte Stahlblechoberfläche wird mit an sich bekannten Verfahren eine poröse metallische Haftvermittlungsschicht aufgebracht Danach wird darauf eine trockene, homogene Gleitwerkstoffmischung aufgebracht die sich aus 37 Gew.-°/o kristallinen Polytetrafluorethylen, 50Gew.% Bleipulver und 13Gew.-% Phenolharz zusammensetzt welche vorher intensiv vermischt wurden. Die Teilchengrößen der eingesetzten Werkstoffe sind bei Polytetrafluorethylen unter 600 μπι, bei Bleipulver unter 80 μπι und bei Phenolharz unter 100 μπι. In einer Streuvorrichtung oder Rakeleinrichtung wird die Aufschichtung von etwa 2,5 mm vorgenommen. Danach erfolgt in einem Ofen eine Wärmebehandlung des beschichteten Stahlbleches bei 85° C über 60 Minuten, um eine Vorkondensation des Phenolharzes zu erreichen.

Sodann wird die aufgebrachte Gleitwerkstoffmischung gegen die Haftvermittlungsschicht und die Stahlunterlage bei einer Werkzeugtemperatur von etwa 90⁰C und einem Druck von 20 bis 40 MPa über 25 Sekunden verdichtet. Anstelle einer Presse zur Verdichtung kann auch ein Kalander mit beheizten Walzen treten, deren Walzendurchmesser über 0,3 m betragen sollte. Nach der Verdichtung wird bei einer Wärmebehandlung von 145° C über 25 Minuten im drucklosen Zustand eine Aushärtung des Phenolharzes in der Gleitwerkstoffmischung erreicht. Anschließend wird die ausgehärtete Laufschicht bei einer Temperatur von 90° C und einer Druckeinwirkung von 20 bis 40 MPa über 25 Sekunden nachverdichtet. Hiernach läßt sich die Oberfläche der aufgetragenen Polytetrafluoräthylen-Blei-Phenolharzmischung auf gleichmäßige Dicke abfräsen, so daß beispielsweise die Gesamtdicke des Gleitlagers 2 mm beträgt.

Das in Flächenform vorliegende Verbundgleitlagermaterial kann sowohl als Bahn verwendet als auch zu gewünschten Formaten getrennt und zu Gleitlagerbuchsen gerundet oder beispielsweise zu Anlaufscheiben ausgestanzt werden.

Beispiel 2

Ein 0,5 mm dickes Stahlblech wird wie im Beispiel 1 vorbehandelt und mit einer Haftvermittlungsschicht versehen. Sodann wird das Phenolharz der betrachteten Gleitlagerlaufschicht in einem geeigneten Mittel, beispielsweise in Spiritus, gelöst. Dieser Lösung sind die beiden übrigen Bestandteile, Polytetrafluorethylen und Bleipulver, in den angegebenen prozentualen Anteilen sowie gegebenenfalls weiteres Lösemittel unter kräftigem Rühren zugegeben, so daß eine breiartige, pastöse

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richtung in einer Stärke von etwa 1,5 mm auf die Haftvermittlungsschicht aufgetragen. Vor der Weiterverarbeitung ist zunächst das Lösemittel in Abhängigkeit von der Auftragsstärke und der Umgebungstemperatur mehrere Stunden abzudunsten, beispielsweise 5 bis 20 Stunden bei Raumtemperatur. Danach folgen die weiteren Verfahrensschritte der Vorkondensation, Verdichtung, Aushärtung und Nachverdichtung wie im Bei-

spiel 1 angegeben. Eine spanende Nachbearbeitung erfolgt ebenfalls, so daß ein Verbundgleitlager von beispielsweise 1 mm Gesamtdicke herstellbar ist

Das Verbundgleitlagermaterial gemäß der Erfindung zeichnet sich durch besonders vorteilhafte Laufeigenschäften im wartungsfreien Betrieb aus. So wurden bei Laufversuchen mit Verbundgleitlagermaterial nach der Erfindung und nach bekannten Verfahren hergestellten Gleitlagern (DU-Lager) wesentlich höhere Laufzeiten erreicht Bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 2,4 m/s eines Zapfens gegen eine Anlaufscheibe sowie einer spezifischen Flächenlast von 0,5 MPa konnten bis zu einem Abrieb von 124 μπι beispielsweise 1500 bis 2500 Laufstunden gemessen werden, während unter den gleichen Bedingungen bei dem bekannten Lager etwa 250 bis 400 Stunden ermittelt wurden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgleitlagermaterials aus einem vorzugsweise pulver- oder körnchenförmigen Gemisch aus 37 Gew.-% Polytetrafluorethylen, 50Gew.-% Bleipulver und 13 Gew.-% Phenolharz, das auf eine vorbehandelte metallische Unterlage mit einer porösen Haftvermittlungsschicht aufgetragen ist, sodann eine Warmebehandlung der beschichteten Unterlage zur Vorkondensation des Phenol harzes bei etwa 120⁰C über 20 Minuten erfolgt, und danach die Aufschichtung mit der Haftvermittlungsschicht bei einer Temperatur von etwa 175° C und einem Druck von etwa 10 MPa verpreßt wird, derart, daß sich im Endzustand über die Haftvermittlungsschicht eine Gleitmaterialaufschichtung von wenigstens 0,2 mm ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst